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【1】Python机器学习之基础概念

news 2025/7/6 13:23:21

1、什么是机器学习

最早的机器学习应用——垃圾邮件分辨
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传统的计算机解决问题思路：

  • 编写规则，定义“垃圾邮件”，让计算机执行
  • 对于很多问题，规则很难定义
  • 规则不断变化

机器学习在图像识别领域的重要应用：
人脸识别：
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机器学习算法：
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深入理解算法基本原理
实际使用算法解决真实场景的问题
对不同算法进行对比试验
对同一算法的不同参数进行对比试验
对部分算法底层编写

介绍如何使用算法

  • 如何评价算法的好坏
  • 如何解决过拟合和欠拟合
  • 如何调节算法的参数
  • 如何验证算法的正确性

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Python机器学习技术栈
语言：Python3
框架：Scikit-learn
其他：numpy、matplotlib，…
IDE：Jupyter Notebook、Pycharm

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1、数据
莺尾花数据集
https://en.wikipedia.org/wiki/Iris_flower_data_set
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关于特征信息的描述定义：
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2.1、数据集、样本、特征、label

行数即代表样本个数，列数即代表每个样本的特征数
最后一列 label 用表示小写 y 表示
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  • 数据整体叫做数据集（data set）
  • 每一行数据称为一个样本（sample）
  • 除了最后一列， 每一列表达样本的一个特征（feature）
  • 最后一列，称为标记（label）
  • 通常大写字母表示矩阵，小写字母表示向量，如上X、y

通常大写字母表示矩阵，小写字母表示向量，如上X、y
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  • 特征空间（feature space）
  • 分类任务本质就是在特征空间切分
  • 在高纬空间同理

特征

特征可以很具体，也可以很抽象
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  • 图像，每个像素点都是特征
  • 28 * 28 的图像有 28 * 28 = 784 个特征
  • 如果是彩色图像特征更多

机器学习的基本任务

机器学习（监督学习）分为两类任务：

  1. 分类
  2. 回归

分类任务

二分类（猫、狗）

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  • 判断邮件是垃圾邮件、不是垃圾邮件 ；
  • 判断发放给客户信用卡有风险、没有风险 ；
  • 判断病患良性肿瘤、恶性肿瘤 ；
  • 判断某支股票涨、跌

多分类（手写数字识别）

  • 数字识别
  • 图像识别
  • 数字识别
  • 判断发给客户信用卡的风险等级评估
  • **数字识别（MNIST数据集）：
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多标签分类

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综合图片中有女人、网球拍、运动短裤等等推测出这是一个女网球运动员。

二分类 VS 多分类

  • 一些算法只支持完成二分类的任务
  • 但是多分类的任务可以转换成二分类的任务
  • 有一些算天然可以完成多分类任务

回归任务

回归任务定义

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对于上图表数据中，有四个特征，但是最后一列的标签列不是一个类别，是一个连续的数字，这类任务叫回归任务。

回归任务：结果是一个连续数字的值，而非一个类别

  1. 房屋价格
  2. 市场分析
  3. 学生成绩

分类任务 VS 回归任务

  • 有一些算法只能解决回归问题
  • 有一些算法只能解决分类问题
  • 有一些算法的思路既可以解决回归问题，又可以解决分类问题
  • 一些情况下，回归任务可以简化为分类任务

机器学习方法的分类（算法角度）

  • 监督学习
  • 非监督学习
  • 半监督学习
  • 增强学习

监督学习

给机器的训练数据拥有“标记”、“答案”
如猫狗分类、MNIST手写数字识别

  • 图像已经拥有了标定的信息
  • 银行已经积累了一定的客户信息和他们信用卡的信用情况
  • 市场积累了房屋的基本信息和最终成交的金额
  • …
    监督学习算法主要包括以下：
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非监督学习

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半监督学习

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增强学习

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